Физика времени - Чернин Артур Давидович (читать книги полные txt) 📗
Но нужно отдать должное системе Птолемея — это была первая и весьма полная система мира, которая с немалой пользой служила людям на протяжении четырнадцати веков.
Многочисленные цепляющиеся друг за друга колеса астрариума воспроизводили эпициклы Птолемея. А вся эта часовая машина представляла собою систему Птолемея «в металле», как говорят инженеры.
Модели Вселенной, подобные астрариуму, наглядным и очевидным образом представляли любому человеку устройство Вселенной.
Система Птолемея — это тоже модель Вселенной. Но в отличие от астрариума, она воспроизводит мир в теоретическом виде — в виде чисел, таблиц, графиков. Она позволяет вычислять наперед пути небесных светил и эти предсказания проверяются потом наблюдениями.
В современной науке тоже строятся модели Вселенной или, как еще говорят, космологические модели. Они описывают уже не Солнечную систему с ее планетами, а весь мир звезд и галактик, ставший доступным астрономическим наблюдениям. Эти модели имеют теоретический, физико-математический характер. Модель Вселенной, созданная в 1922—24 годах в Петрограде замечательным советским математиком и механиком А. А. Фридманом (1888—1925) лежит в основе современной космологии — науки о Вселенной как целом. О ней мы подробно расскажем в главе 10.
Астрономические часы
Часы мастера из Падуи показывают Солнечную систему в действии. Но и Солнечная система в свою очередь — это наши надежные, неизменно действующие часы. А главные наши часы — это сама Земля.
Вращение Земли, регулирующее во времени всю нашу жизнь, совершается с большой равномерностью. Его даже считали идеально периодическим, ибо не замечали никаких признаков замедления или ускорения.
Впервые в абсолютной точности этих естественных часов усомнился Ньютон. А в 1754 году Иммануил Кант (1724—1804), знаменитый философ и космогонист предположил, что вращение Земли может замедляться из-за морских приливов и отливов. Приливы обязаны действию Луны на земной океан: тяготение Луны вызывает подъем воды по линии Земля — Луна в обе стороны.
Вращение Земли и движение Луны непрерывно поворачивают эту линию и заставляют приливную волну бежать по океану вслед за Луной. Академик А. А. Михайлов, астроном Пулковской обсерватории, сравнил приливные выступы в океане с тормозными колодками на колесе трамвая *). Эти «колодки»
привязаны к Луне незримыми нитями тяготения и из-за этого они действительно притормаживают вращение Земли. Как колодки тормозят колесо трением о него, так и приливная волна, набегая на отмели и заливая берег, тормозит Землю.
*) См. книгу: Михайлов А. А. Земля и ее вращение. — М.: Наука, 1984.-Вып. 35.-(Б-чка «Квант»).
Предсказанное Кантом замедление вращения Земли было обнаружено и надежно измерено только в середине нашего века. Оказалось, что из-за этого продолжительность суток увеличивается приблизительно на 0,0015 секунды за сто лет.
Так оценивается точность хода астрономических часов «Земля». Погрешности, связанные с постепенным слабым замедлением вращения Земли, очевидно, незначительны с точки зрения всех наших повседневных дел, да и большинства нужд техники и науки *). Астрономические часы служили прекрасным образцом и эталоном точного хода для любых часов во все времена, пока 25 — 30 лет назад не появились атомные часы с их исключительно высокой точностью. Именно по атомным часам удается контролировать вращение Земли и регистрировать в нем даже самые незначительные отклонения от равномерности.
*) Время, измеряемое по вращению Земли вокруг ее оси, принято называть всемирным. Можно вести отсчет времени и по орбитальному движению Земли вокруг Солнца; в этом случае говорят об эфемеридном времени.
Часы «Пульсар»
В 1967 году астрономы Кембриджского университета (Англия) открыли на небе импульсные источники излучения, которые получили название пульсаров. Астрономия и до этого знала немало звезд, блеск которых так или иначе меняется. Некоторые из них (так называемые цефеиды) обнаруживают довольно регулярные периодические изменения блеска. Попеременное усиление и ослабление яркости происходит у этих звезд с периодом от нескольких дней до года. Это тоже астрономические часы, хотя и с не очень высокой точностью хода.
Пульсары резко выделяются среди всех переменных звезд. Дело не только в том, что они излучают импульсы как в видимом свете, так и в радио диапазоне и в диапазоне рентгеновского и гамма-излучения. Важнее всего два замечательных обстоятельства.
Во-первых, периоды пульсаров очень коротки. Типичный период — всего 1 секунда. Но есть и рекордсмены: пульсар в созвездии Лисички имеет период 1,5 миллисекунды.
Во-вторых, период следования импульсов выдерживается у пульсаров с поразительной точностью. У некоторых из них сколько-нибудь заметные изменения периода могут накопиться лишь за миллионы лет. Это самые точные естественные часы.
Как выяснилось, пульсары представляют собой очень компактные звезды с радиусом всего 10—15 километров**). Как и Земля, они вращаются вокруг своей оси, но это очень быстрое вращение. Звезда-пульсар в созвездии Лисички совершает 667 оборотов в секунду.
**) Эти звезды состоят главным образом из нейтронов, и потому их так и называют нейтронными. См. о них, например, в книге." Чернин А. Д. Звезды и физика.—М.: Наука, 1985.— Вып. 38. — (Б-чка «Квант»).
Эффект пульсаций возникает из-за того, что пульсары испускают излучение не сразу во все стороны, а узким пучком.
И этот пучок, как луч прожектора, вращается вместе со звездой. Раз за период луч пробегает по Земле и тогда наши приемники регистрируют сигнал.
Сколь бы строго ни соблюдался период пульсаров, они и другие астрономические и вообще естественные часы все же уступают по точности рукотворным атомным часам, в которых воплотились достижения современной науки и техники.
Когда-то слова «астрономическая точность» означали максимальную, почти недостижимую в жизни точность. Сейчас вместо этого приходится говорить «атомная точность» — на то и атомный век.
ГЛАВА 4
АБСОЛЮТНОЕ ВРЕМЯ
Самое значительное научное достижение эпохи Возрождения — это учение Коперника (1473—1543). Взамен дальнейших попыток усовершенствования геоцентрической системы Птолемея, предпринимавшихся вплоть до его времени, Коперник предложил хорошо известную теперь всем идею: Солнце находится в центре планетной Системы, а Земля и остальные планеты обращаются вокруг него.
Прежде всего, система мира стала от этого много проще, понятнее и естественнее. В гелиоцентрической системе Коперника все стало на свои места. Но не менее важно и то, что это было торжество новых взглядов на природу, на Землю и небеса, свободных от церковных догм и предрассудков в науке. Это был поворот от умозрений к конкретному опыту, прямым астрономическим наблюдениям. С этого начались замечательные успехи естественных наук нового времени. У их колыбели вместе с Коперником стояли Галилей и Ньютон.
На этом новом пути стало возможным создание механики, физического учения о механических движениях. Мы называем сейчас механику Галилея и Ньютона классической; она дала первую научную теорию времени.
Галилей
Галилей родился почти на целый век позже Коперника. Ему суждено было привести идею о гелиоцентрической системе к полному признанию. Физический эксперимент и астрономические наблюдения были его стихией, и они щедро наградили его самыми блестящими открытиями.
